全相位FFT相位差频谱校正法改进

基于全相位快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)的相位差频谱校正法由于未计及负频率的影响,导致低频信号参数估计精度下降。针对此问题,提出一种改进的全相位FFT相位差频谱校正法,该算法在计算传统FFT时,消除了负频率对频谱分析的影响。介绍了全相位频谱分析原理及全相位FFT相位差频谱校正算法,分析了负频率对低频信号频谱分析造成影响的原因。在计及负频率影响的情况下推导了非整周期采样条件下单频余弦信号的频率、幅值和相位的计算公式。仿真结果表明,计及负频率影响的算法提高了基于全相位FFT的相位差频谱校正法对低频余弦信号参数估计的精度,算法抗噪性能得到改善。

改进的全相位时移相位差频谱分析算法

针对全相位频谱分析算法对采样序列中心样点有特殊要求以及当频偏量绝对值为0.5时会影响频率估计值的问题,提出了一种改进的全相位时移相位差频谱分析算法。该算法首先对序列向左循环移动一位,形成只有一位时移关系的两个序列,然后分别进行全相位快速傅里叶变换(all phase fast Fourier transform,APFFT),计算过程中忽略相位差补偿值,避免频偏量的引入,通过两序列主谱线间相位差的直接计算便可得到信号的频率和初相估计值。仿真实验表明该算法计算简单,适用范围广,参数估计精度高且频率估计精度稳定性好。

应用于电力谐波分析的改进相位差校正法

传统的相位差校正法在应用于电力谐波测量时,由于频谱泄漏问题的存在,在窗函数的旁瓣衰减速度较慢时存在较大误差,而校正过程对频域解析式的依赖又限制了窗函数的选用。采用一种基于汉宁窗的改进相位差校正法,其原理是对非同步采样序列的加窗快速傅里叶变换结果进行多项式变换,再依据变换所得的新频谱序列进行谐波参数的校正。将该方法和其他常用方法进行数值仿真对比,在基频随机变化的情况下进行10 000次仿真计算得到其标准误差,并缩短采样窗长以探究其实时性。结果表明,改进相位差校正法较其他常用方法有更高的精度;当基频在47~53 Hz范围内随机变化时,高次谐波的测量精度达到10-5次;在100 ms的采样窗长下,也能满足IEC 61000—4—7标准的精度要求。在兼顾计算精度的同时,该文校正公式由汉宁窗解析式推导得到,简便明了,所提方法是一种有实用价值的谐波参数检测算法。

基于相位差校正的谐波测量算法研究

提出基于加窗和相位差校正的谐波测量算法，对信号以相同的采样频率作2次非整周期采样．进行加窗离散傅里叶变换DFT（Discrete Fourier Transform)后，求得的相位具有基本相同的测量误差，相减后可基本抵消。构造2个数据序列作DFT，利用其对应峰值谱线的相位差计算出校正公式．对各谐波分量的参数进行校正。该算法无需对信号进行整周期采样，可有效减少泄漏误差、抑制噪声和谐波之间的干扰．从而精确测量各谐波的频率、幅值和相位。仿真结果证明，该方法实现简单、测量精度高．适合加多种对称窗的情况，具有较好的实用价值。

基于全相位FFT改进相位差法的自动准同期并列参数测量

发电机准同期并列的关键在于对并列双方电压参数的快速准确测量。但由于并列双方电压频率不同,很难同时对双方电压做到同步采样,传统的基于快速傅里叶变换(Fast Flourier Transform,FFT)的准同期并列参数测量结果因频谱泄露产生较大误差。为抑制泄露,提高参数测量精度,引入了全相位频谱分析技术,并分析了全相位FFT与常规卷积窗FFT的区别与联系。在此基础上提出了基于全相位FFT的发电机准同期参数测量方法,并对全相位FFT相位差法进行了改进,提出了简洁的基波频率及幅值计算方法,使其更好地满足准同期并列的需要。通过仿真计算验证了所提方法性能优良,能有效克服频率波动、谐波、噪声及电压非稳态变化等不同情况的影响,实现并列双方电压参数的快速准确测量。

高准确度的相位差测量方法

提出一种具有高准确度的电网正弦信号相位差测量方法。在非同步采样条件下,对离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)的原理进行分析,得到短范围频谱泄漏效应和负频点频谱泄漏效应的解析表达式,据此提出利用信号离散频谱中具有最大和次最大幅值的2根谱线的位置以及实部和虚部的大小,构造一种新的插值方案,用以同时消除短范围和负频点频谱泄漏效应。仿真实验和实际测量结果表明,与已有的插值修正算法相比,所提出的插值方法能够有效地减小频谱泄漏效应,特别是负频点频谱泄漏效应,可应用于微小相位的高准确度测量。

基于DFT的相位差估计精度与改进方法

相位差是传感器信号处理中重要的检测参数。针对相位差高精度估计要求,在阐述DFT相位差估计原理基础上,分析了影响估计精度的主要因素,推导出估计方差与信噪比、采样长度、频率偏差及对称窗型窗长的具体关系,并给出了满足精度要求的信噪比、采样长度和和频率偏差条件。提出一种校正谱泄漏的相位差估计方法,先通过比值法计算出频率偏差,然后考虑负频率泄漏影响进行相位差估计,校正了短程和长程两类谱泄漏影响,给出了加矩形窗或Hanning窗的估计式和方法步骤。实验结果验证了估计精度分析及本文方法性能,科氏流量计应用实验表明了方法的工程可行性和实用价值。

高精度的数字光投影傅里叶变换轮廓术

傅里叶变换轮廓术(FTP)采用数字光投影仪(DLP),可以得到各种结构光场,提高了测量的灵活性。由于DLP伽马非线性的存在,变形条纹中会出现高次谐波,可能导致频谱混叠,带来测量误差。因此利用一种基于条纹图强度统计分析的方法,求出DLP的伽马值并反馈给DLP,使其投影出有良好正弦性的结构条纹,能抑制变形条纹中高次谐波的出现,保证FTP的测量精度。将采用和不采用伽马校正的两种情况作对比实验,证明前者测量结果优于后者。

基于一类新窗的高精度相位差测量方法

提出了一类新窗——组合双窗,其由传统的组合余弦窗通过卷积运算生成。该类窗构造简单,具有旁瓣衰减速率快,更好地抑制频谱泄漏影响等特点。应用于相位差测量,有效地减小了非同步采样情况下由于频谱泄漏而引起的测量误差,对谐波和噪声具有较好的抑制作用,能获得比同类传统组合余弦窗更高的计算精度。实验仿真验证了该算法的可行性和有效性。

离散傅里叶变换的自适应循环电力谐波分析算法

提出一种基于DFT的自适应循环电力系统信号分析算法,该算法将插值算法和相位差校正算法进行融合.首先使用插值算法估计被检测信号的频率,计算出最佳的信号整数倍周期的截断长度,然后利用相位差校正算法纠正测量分量的频率、相位和幅度等参数,信号中各频率分量在迭代循环中进行分离.仿真实验中,通过添加海明窗、汉宁窗、布莱克曼窗和莱夫-文森特窗等来展示该文方法的效果.实验结果表明,该方法相比其他算法具有较高的计算精度.

基于Nutall窗的时移综合相位差谐波分析法

快速傅里叶变换（FFT）是谐波分析的主要方法,在稳态谐波信号分析中广泛采用的交流采样技术,由于采样器件的有限性,实际工程中很难做到完全同步采样和整周期截断。为消除采样过程中同步采样误差产生的频谱泄漏,提出了一种基于Nutall窗结合综合相位差校正信号谐波分析法,对传统的相位差频谱校正方法进行了改进。采用Nutall窗对谐波信号进行加权,通过时移和加可变长度的窗进行两次FFT分析,并利用离散频谱对应的峰值谱线相位差求得频率和相位校正量,推导出基波及各次谐波参量的计算公式。仿真实例表明,提出的改进综合相位差校正算法可有效提高谐波分析精度,基波幅值的测量误差小于0.00001%,基波相位误差小于0.01°,2~21次谐波电压测量误差小于0.01%,谐波相位测量误差小于0.09°,为高精度谐波检测提供了可能。

基于全相位频谱校正的TMBOC信号的捕获

针对使用传统部分匹配滤波器(PMF)结合快速傅里叶变换(FFT)无法精确捕获时分复用二进制偏移载波(TMBOC)调制信号的问题,提出一种基于全相位频谱校正的捕获方法。首先通过PMF过程对接收信号进行部分相关运算,再使用全相位快速傅里叶变换(ap FFT)算法对多普勒效应进行补偿,最后结合全相位频谱校正技术对功率谱进行校正。仿真结果表明,在同一条件下,该算法比PMF-FFT加窗算法检测概率提高了3 d B左右,并有效缩短了捕获时间。该算法可比PMF-FFT加窗算法更精确捕获TMBOC信号。

一种基于改进DFT算法的相位差测量研究

相位差是指两路同频率周期信号初相位的差,在工业系统中有广泛应用,传统DFT算法测量工频相位差存在很大的频谱泄露误差。论文提出一种改进DFT相位差算法,使用布莱克曼自卷积窗对信号截短,并利用离散频谱校正方法修正有用频谱处的相位,并计算出相位差。仿真实验证实,在存在多次谐波干扰条件下,改进DFT算法能够克服频率波动和白噪声干扰,算法精度比现有的矩形自卷积窗插值算法提高2个数量级以上,可以实现相位差的高精度测量。

基于Nuttall窗的全相位傅里叶电力谐波检测

由于栅栏效应和频谱泄漏,传统快速傅里叶算法(FFT)在谐波分析时参数估计精度不高。为了提高电力系统中谐波和间谐波参数的估计精度,提出了基于Nuttall窗的双窗全相位傅里叶新算法,该方法首先将输入数据分为N段并加两次4项3阶Nuttall窗,得到预处理后的N点数据分段再进行快速傅里叶变换,进而利用传统傅里叶和全相位傅里叶在对应谱线上的幅值和相位的联系,分别校正幅值和频率的估计结果,最终得到高精度的谐波参数估计结果。仿真算例结果表明,与插值傅里叶等其他方法相比,新方法具有更高的谐波参数估计精度。

傅里叶变换及小波变换的工程应用

指出了傅里叶变换存在的问题 ,针对其存在的精确性低和不适用于非平稳信号两大问题展开了讨论 ,分析了几种提高谱质量的校正方法 。

FFT+FT离散频谱校正法参数估计精度

研究用FFT谱连续细化傅里叶变换分析法进行离散频谱校正时的参数估计误差。分析无噪声情况下频率﹑相位﹑幅值的估计误差随细化倍数的变化规律,估计精度随细化倍数的增大而提高,当细化倍数大于40时,最大估计误差几乎可忽略不计。在高斯白噪声的影响下,细化后频谱序列最大值找错的概率随细化倍数的增加而增加,综合考虑频率分辨率对频率估计精度的影响及频谱序列最大值找错的概率,提出用归一化频率估计综合误差和归一化频率估计最大可能误差两个指标评价此校正法对频率的估计精度,并基于此给出不同信噪比条件下的最优细化倍数。采用非线性最小二乘拟合法对噪声影响下的FFT谱连续细化傅里叶变换分析校正法进行改进,通过仿真模拟验证改进后该校正方法具备更高的校正精度和抗噪能力。

消除负频率影响的频谱校正

采用比值法校正低频成分的参数精度比较低 ,其原因是模型中忽略了负频率成分的贡献。为解决这一问题 ,基于包含负频率贡献的频谱公式 ,建立新的校正方案 ,给出矩形窗和汉宁窗对应的校正公式 ,采用数值仿真对校正公式进行考核。结果表明 ,提出的校正公式正确 ,尤其是汉宁窗的频率定位精度。

改进的脉冲雷达信号加窗DFT频谱校正算法

为了减少加窗效应对基于离散傅里叶变换(DFT)频谱分析的测频算法产生的不良影响,推导了不同K值下,广义余弦类窗函数的频谱及幅度比值法插值校正公式.针对脉冲雷达信号DFT频谱校正问题,提出一种改进的Sinc窗函数.仿真结果表明,通过选择最优插值窗函数,可减少窗口效应并简化插值校正算法;该算法符合基于大点数DFT的脉冲雷达信号数字接收机的实际应用.

基于Labview的激光多普勒测速仪的频谱校正

在激光多普勒测速仪中,为了减小由信号处理算法带来的测量误差,提出运用频谱校正算法对多普勒信号的频谱进行校正,详细阐述了能量重心法、比值法和相位差法3种离散频谱校正算法的基本原理,运用这3种算法对理想正弦信号进行仿真,并运用比值法对信号施加不同频率和信噪比的噪音下的正弦信号和实测的多普勒信号进行仿真及实验研究。结果表明:3种算法都可以使信号的频率更接近于真实值,其中能量重心法校正精度相对较低,比值法和相位差法精度较高,尤其是比值校正算法处理速度更快,校正的精度基本不受信噪比的影响。将比值法运用于激光多普勒测速系统,与光接收计数法测量结果进行比较,结果显示:校正后比较正前激光多普勒测速仪测量相对精度提高了2～3倍。

对两个频率相近成分作频谱校正的非迭代形式研究

双频率模型(DFM)的频谱校正是否存在类似于单频率模型(CSM)的非迭代校正形式、相应的校正性能尚未见文献报道。分析了CSM存在简单校正公式的原因,给出了DFM加矩形窗的非迭代校正式,采用包含幅度相差10倍的DFM对校正式进行仿真考核。研究表明:CSM存在简单校正式的原因在于窗谱函数可以分解为超越函数与有理分式的乘积,前者在相邻的离散谱线上绝对值相等;由这两个特性可建立DFM相对简单频谱校正关系,但是除了DFM加矩形窗的情形外,其它均涉及高于2次的多项式方程。仿真考核表明,给出的校正式对幅度强的成分的误差小于幅度弱者,并且当DFM频率间隔超过两个经典频率分辨率时,最后采用CSM校正式。